10 Хладноломкость

Хрупкие разрушения конструкций причиняют огромный ущерб. Торговые судна в холодных водах разламываются на две части, находясь в гавани, мосты разрушаются, взрываются трубопроводы и газопроводы. Хотя количественное представление хрупкого разрушения еще невозможно, но о многих его особенностях имеется достаточно хорошее представление.

Некоторые металлы с объемно-центрированной кубической решеткой, например, малоуглеродистая сталь, вольфрам при низких температурах могут разрушаться хрупко.

Переход к хрупкому разрушению при понижении температуры происходит в соответствии со схемой, предложенной в работах А.Ф. Иоффе (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема, объясняющая переход от пластического разрушения к хрупкому для надрезанных и ненадрезанных образцов: 1 – разрушающее напряжение; 2 – напряжение течения ненадрезанного образца; 3 – напряжение течения надрезанного образца

Предполагается, что предел текучести и разрушающее напряжение не связаны друг с другом, при этом предел текучести в значительно большей степени зависит от температуры, чем разрушающее напряжение (в распространении хрупкой трещины термическая активация при не очень высоких температурах не играет заметной роли). Существует температура Тк, при которой кривые напряжений течения и разрушения пересекаются. Выше Тк металл

ра-рушается пластично, поскольку увеличивающееся напряжение сначала достигает значения соответствующего предела текучести. Ниже Т_к наблюдается хрупкое разрушение, так как растягивающее напряжение раньше достигает критической величины, равной разрушающему напряжению. Температура Т_к является температурой перехода от пластического состояния к хрупкому и ее называют порогом хладноломкости.

Для анализа хрупкого разрушения и связанной с ним хладноломкости можно применить теорию Гриффитса. Очевидно, борьба с хладно- ломкостью должна основываться на изложенных представлениях о хрупком разрушении.

11 Взаимодействие различных дефектов

Рассмотрим влияние точечных, плоских и линейных дефектов на поведение материалов при изменении температуры. На рисунке 11.1 представлена типичная для металлов схема реального взаимодействия различных дефектов. По оси абсцисс гомологическая температура, которая равна отношению , где Т_исп (К) – температура испытания, Т_пл (К) – температура плавления. По оси ординат доля вклада различных дефектов на поведение материала при испытании. Подвижность и количество точечных дефектов – вакансий, межузельных атомов – увеличивается по мере приближения к температуре плавления (рисунок 11.1, кривая 1), соответственно увеличивается роль их в деформации металла под нагрузкой. Это следует из известного уравнения Аррениуса.

Рисунок 7.1 Схема взаимодействия различных дефектов: 1 - точечные дефекты; 2 - линейные дефекты: 3 – плоские дефекты.

Кривая 2 показывает область температур, в которой прочность в основном определяется перемещением линейных дефектов (дислокаций) и их плотностью. Практически во всех металлах эта область охватывает особо важное для техники условие применения металлов, кро-

ме работы при повышенных температурах, где вмешиваются точечные дефекты.

Кривая 3 показывает область низких температур, когда определяющим процессом является рост трещин, т.е. склонность к хрупкости. Как установлено, склонность к хрупкому разрушению свойственна железу, стали и другим металлам с объемоцентрированной кубической кристаллической решеткой. В меньшей степени металлам с плотноупакованными кристаллическими решетками, если они не ослаблены неблагоприятным расположением вторичных фаз и примесей.

Как видно из рисунка 11.1 при разных условиях работы по температуре главную роль в механической прочности могут играть различные дефекты. Очевидно, для каждого отличающегося по металлургии, обработке, чистоте одного и того же металла расположение кривых 1, 2, 3 может широко изменяться – реальная структура металла будет определять их положение, а, следовательно, и реальное поведение металла при деформации внешней силой.